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ES2682097T3 - Sensor de imagen con circuito de lectura no local y dispositivo optoelectronico que comprende dicho sensor de imagen - Google Patents

Sensor de imagen con circuito de lectura no local y dispositivo optoelectronico que comprende dicho sensor de imagen Download PDF

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ES2682097T3
ES2682097T3 ES15179484.9T ES15179484T ES2682097T3 ES 2682097 T3 ES2682097 T3 ES 2682097T3 ES 15179484 T ES15179484 T ES 15179484T ES 2682097 T3 ES2682097 T3 ES 2682097T3
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circuit
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Gerasimos Konstantatos
Frank KOPPENS
Stijn Goossens
Juan José Piqueras
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Institut de Ciencies Fotoniques ICFO
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Institut de Ciencies Fotoniques ICFO
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Abstract

Sensor de imagen (100, 800, 850, 1100), que comprende un sustrato (102, 400, 500), una pluralidad de píxeles (101, 401, 501, 601, 701, 801, 851) dispuestos en una primera área (102a, 802, 852) del sustrato, y una unidad de control conectada operativamente a la pluralidad de píxeles y adaptada para polarizar selectivamente dichos píxeles y leerlos, estando el sensor de imagen caracterizado porque la unidad de control comprende: - un primer circuito de polarización (103a, 803a, 853a) para proporcionar una primera tensión de polarización (VDD); - un segundo circuito de polarización (103b, 803b, 853b) para proporcionar una segunda tensión de polarización (VSS), siendo la segunda tensión de polarización (VSS) sustancialmente simétrica a la primera tensión de polarización (VDD) con respecto a una referencia de tensión de manera que tengan signos opuestos con respecto a dicha referencia de tensión y que la magnitud de una de ellas difiera de la de la otra en menos de un 25%, 20%, 15%, 10%, 8%, 5%, 3% o incluso de un 1%; y - un circuito de lectura (104, 804, 854) para leer la foto-señal generada por la luz que incide sobre los píxeles, siendo el circuito de lectura (104, 804, 854) un circuito de lectura no local dispuesto fuera de la primera área (102a, 802, 852) del sustrato (102, 400, 500); donde el primer circuito de polarización (103a, 803a, 853a) y el segundo circuito de polarización (103b, 803b, 853b) comprenden, respectivamente, primeros medios de selección (105a, 805a) y segundos medios de selección (105b, 805b) para polarizar selectivamente uno o más píxeles de dicha pluralidad que deben leerse en un momento dado, estando dispuestos los primeros medios de selección y los segundos medios de selección fuera de la primera área (102a, 802, 852) del sustrato (102, 400, 500); y porque cada píxel (101, 401, 501, 601, 701, 801, 851) de la pluralidad de píxeles comprende: - un elemento fotoactivo (106, 402, 502, 809) que comprende una capa de fotosensibilización (201, 405, 504) asociada a una capa de transporte (202, 406, 505), incluyendo la capa de transporte al menos una capa de un material bidimensional; - un elemento de referencia no fotoactivo (107, 403, 503, 810) dispuesto próximo al elemento activo fotoactivo (106, 402, 502, 809), teniendo el elemento de referencia no fotoactivo (107, 403, 503, 810) una conductancia oscura que coincide sustancialmente con la conductancia oscura del elemento fotoactivo (106, 402, 502, 809); - un primer contacto (108a, 308a, 410a, 508a, 811a, 861a) conectado circuitalmente al primer circuito de polarización (103a, 803a, 853a); - un segundo contacto (108b, 308b, 410b, 508b, 811b, 861b) conectado circuitalmente al segundo circuito de polarización (103b, 803b, 853b); y - un contacto de salida (109, 309, 409, 509, 812, 862) conectado circuitalmente al circuito de lectura (104, 804, 854); donde el elemento fotoactivo (106, 402, 502, 809) está conectado circuitalmente entre el primer contacto (108a, 308a, 410a, 508a, 811a, 861a) y el contacto de salida (109, 309, 409, 509, 812, 862), y el elemento de referencia no fotoactivo (107, 403, 503, 810) está conectado circuitalmente entre el contacto de salida (109, 309, 409, 509, 812, 862) y el segundo contacto (108b, 308b, 410b, 508b, 811b , 861b).

Description

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del elemento fotoactivo de dicho píxel. Tal disposición explota ventajosamente la tercera dimensión de la estructura para obtener una arquitectura más compacta. Además, disponiendo el elemento de referencia por debajo del elemento fotoactivo, se evita adicionalmente la absorción de luz por la capa de transporte y/o por la capa de fotosensibilización del elemento de referencia.
Sin embargo, en otras realizaciones, el elemento de referencia de un píxel está dispuesto en un mismo nivel que el elemento fotoactivo de dicho píxel.
En algunos ejemplos, el sensor de imagen comprende además una o más capas aislantes primarias asociadas al elemento fotoactivo de la pluralidad de píxeles. En estos ejemplos, al menos un píxel de la pluralidad de píxeles comprende preferiblemente:
-un contacto de puerta trasera dispuesto por debajo del elemento fotoactivo de dicho al menos un píxel, entre
una capa aislante primaria dispuesta por debajo de dicho elemento fotoactivo y el sustrato; y/o
-un contacto de puerta superior dispuesto por encima del elemento fotoactivo de dicho al menos un píxel.
Al proporcionar un contacto de puerta trasera y/o un contacto de puerta superior, el elemento fotoactivo de los píxeles puede ser controlado por su puerta para controlar con precisión la conducción y la fotosensibilidad de la capa de fotosensibilización.
Preferiblemente, el contacto de puerta superior y/o el contacto de puerta trasera están hechos de un material transparente, para no obstaculizar las capacidades de absorción de luz del elemento fotoactivo de los píxeles.
En aquellos casos en los que un píxel comprende un contacto de puerta superior dispuesto por encima de su elemento fotoactivo, el sensor de imagen comprende preferiblemente una (o más) capas aislantes primarias dispuestas entre dicho contacto de puerta superior y el elemento fotoactivo de dicho pixel
En algunas realizaciones de dicho primer grupo, el sensor de imagen también puede comprender una o más capas aislantes secundarias asociadas al elemento de referencia de la pluralidad de píxeles. Entonces, en dichas realizaciones, al menos un píxel de la pluralidad de píxeles comprende preferiblemente:
-un contacto de puerta trasera dispuesto por debajo del elemento de referencia de dicho al menos un píxel,
entre una capa aislante secundaria dispuesta por debajo de dicho elemento de referencia y el sustrato; y/o
-un contacto de puerta superior dispuesto por encima del elemento de referencia de dicho al menos un píxel. Al proporcionar un contacto de puerta trasera y/o un contacto de puerta superior, el elemento de referencia de los píxeles puede ser controlado por su puerta para controlar con precisión su conductancia.
De acuerdo con la presente invención, una capa aislante primaria asociada a un elemento fotoactivo se refiere preferiblemente al hecho de que dicha capa aislante está dispuesta por encima (como, por ejemplo, directamente encima) o alternativamente por debajo (como, por ejemplo, directamente debajo) de ambas la capa de transporte y la capa de fotosensibilización de dicho elemento fotoactivo.
De forma similar, también de acuerdo con la presente invención, una capa aislante secundaria asociada a un elemento de referencia se refiere preferiblemente al hecho de que dicha capa aislante está dispuesta por encima (como, por ejemplo, directamente encima) o alternativamente por debajo (como, por ejemplo, directamente debajo) de dicho elemento de referencia. En ese sentido, si un elemento de referencia comprende una capa de transporte y una capa de fotosensibilización, entonces la capa aislante secundaria estaría dispuesta por encima o por debajo de ambas capas de dicho elemento de referencia.
Preferiblemente, dicha una o más capas aislantes primarias y/o secundarias comprenden un óxido.
En algunos casos, el sensor de imagen comprende además una capa de encapsulación dispuesta por encima de la pluralidad de píxeles. De esta manera, los elementos fotoactivos y los elementos de referencia de los píxeles se protegen ventajosamente. Preferiblemente, la capa de encapsulación comprende un material dieléctrico que tiene un ancho de banda amplio, para minimizar la absorción de luz en las longitudes de onda de funcionamiento de los elementos fotoactivos.
En algunas realizaciones del sensor de imagen de la presente invención, la pluralidad de píxeles se agrupa en grupos, cada grupo comprendiendo uno o más píxeles, siendo sensible la capa de fotosensibilización del elemento fotoactivo de uno o más píxeles de cada grupo a un rango diferente del espectro
Esto permite obtener un sensor de imagen con un rango de frecuencia de funcionamiento extendido, que abarca desde fotones de rayos X y luz ultravioleta (UV) hasta los infrarrojos (IR), incluido el infrarrojo cercano (NIR), el infrarrojo de onda corta (SWIR), el infrarrojo de onda media (MWIR) y el infrarrojo de onda larga (LWIR), e incluso frecuencias de THz. También permite implementar sensores de imagen que tienen píxeles multicolores, por ejemplo, adaptando las propiedades del material seleccionado para la capa de fotosensibilización.
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Claims (1)

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ES15179484.9T 2015-08-03 2015-08-03 Sensor de imagen con circuito de lectura no local y dispositivo optoelectronico que comprende dicho sensor de imagen Active ES2682097T3 (es)

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